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森工科技 AutoBio2000多通道食品3D打印机助力深圳大学化学与环境工程学院食品科学与工程系范方辉团队登顶食品工程 TOP 期刊

发布时间:2026-04-09   浏览量:   分享到:


近日,深圳大学化学与环境工程学院食品科学与工程系范方辉团队,在食品工程领域国际顶级期刊《Journal of Food Engineering》(中科院JCR1区TOP期刊,Elsevier旗下食品工程领域权威刊物)在线发表了题为《Structure design of an innovative 3-dimensional-printed emulsion carrier for stabilizing polyunsaturated fatty acids in krill oil》的高水平研究论文。深圳森工科技有限公司自主研发的AutoBio2000多通道食品3D打印机,为本次研究的核心实验开展、功能载体构建与性能验证提供了关键设备支撑与技术保障,成为高校科研创新落地的重要“助推器”。

攻克行业痛点,开辟功能食品稳态化新路径

南极磷虾油(AKO)富含 EPA、DHA 等 ω-3 多不饱和脂肪酸(PUFAs),在心血管疾病预防、炎症抑制、认知功能提升等方面具有公认的健康价值,是功能食品与营养健康产业的核心活性原料。但 PUFAs 分子结构中的多个不饱和双键,使其在光、热、氧气、金属离子等常规环境下极易发生氧化降解,不仅会快速丧失营养活性,还会产生有害副产物与不良风味,成为限制其在食品工业中规模化应用的核心行业痛点。

针对这一难题,深圳大学团队创新性地将小簇水(SCW)层层自组装(LBL)乳液体系与食品 3D 打印技术深度融合,以马铃薯淀粉、马铃薯蛋白为复合打印基质,开发出一款全新的 3D打印乳液载体系统。本次研究的核心创新,在于采用了结构更有序、氢键网络更稳定的小簇水(SCW)替代常规水(RW)作为乳液水相,从分子层面实现了乳液结构的优化升级。

图 1 水分子、SCW 小簇水与 RW 常规水的球棍模型
该体系通过SCW对乳液氢键网络与分子间电荷相互作用的调控,构建出更致密、更均匀的微观网络结构。激光粒度检测结果显示,制备的SCW-LBL乳液中位粒径仅为0.130μm远低于常规水基乳液的4.20μm,从微观结构上实现了对磷虾油PUFAs的高效包埋。通过场发射扫描电镜(FE-SEM)、流变测试、差示扫描量热法(DSC)等表征手段,进一步验证了SCW乳液载体更精细的孔隙结构、更适配3D打印的流变特性与更优异的热稳定性。
图 2 LBL 乳液与 3D 打印乳液载体的结构特性(a-b:乳液微观结构与粒径分布;c-d:载体 FE-SEM 微观形貌;e-f:不同温度下损耗模量变化;g-h:黏度数据;i-j:DSC 热分析曲线。)
研究结果证实,这款3D打印SCW乳液载体实现了多重性能突破:
打印性能上,实现了超高成型保真度与结构稳定性,最优配方下保真度偏差低至2.7%,1h储存后尺寸偏差仅0.6%,远优于常规水基乳液载体;
热稳定性能上,显著延缓了PUFAs的热降解过程,降解反应活化能显著提升,在75-125℃的高温环境下,EPA与DHA的降解速率显著低于常规载体体系。
图3不同温度(75-125℃)下,3D打印载体中EPA与DHA的含量变化。
光稳定性能上,有效降低了PUFAs的光降解速率,光降解活化能更高,在10-100W的LED光照环境下,仍能为EPA与DHA提供优异的包埋保护。
图 4 不同光照强度(10-100W)下,3D 打印载体中EPA 与 DHA 的含量变化
抗氧化性能上,8h时总抗氧化能力(T-AOC)较常规水基体系提升7.3%-8.2%为易氧化活性营养物质的稳态化保护、精准递送提供了全新的技术路径。
图 5 3D 打印乳液载体的总抗氧化能力(T-AOC)与 DPPH 自由基清除能力变化

硬核设备支撑,AutoBio2000 筑牢科研实验根基

在本次研究中,森工科技AutoBio2000多通道食品3D打印机是实现乳液载体精准构建、工艺优化与性能验证的核心设备,贯穿了整个研究的核心实验环节。团队基于该设备完成了打印基质的流变学适配、打印工艺参数体系搭建、不同配比材料的成型测试,以及打印保真度、尺寸稳定性的定量表征与系统分析,设备的稳定性能与精准控制能力为科研数据的可靠性、可重复性提供了坚实保障。

研究团队通过 AutoBio2000 完成了不同淀粉 / 蛋白配比乳液载体的打印测试,直观验证了 SCW 乳液体系优异的打印性能:在相同打印参数下,SCW 乳液载体的打印保真度、结构稳定性均显著优于常规水基载体,可精准实现复杂图案的高还原度打印,无坍塌、无变形、无沉降。

图 6 3D 打印乳液载体的打印性能(左:不同配方载体的打印保真度与 1h 储存后结构稳定性;右:复杂图案打印的保真度效果。)
AutoBio2000凭借其专为科研场景打造的产品性能,完美适配了本次研究的严苛实验需求:
  1. 高精度挤出与成型控制:设备配备 0.6mm 高精度喷嘴,可实现 15mm/s 的稳定打印速度、0.1mm 层厚与 0.4mm 线宽的精准控制,完美适配乳液体系的剪切变稀特性,既保障了材料在喷嘴内的顺畅挤出,又实现了挤出后结构的快速定型,有效抑制了重力沉降导致的结构坍塌,为打印保真度的定量表征提供了可靠设备基础;
  2. 多通道并行测试能力:多通道独立进料体系可同时适配不同淀粉 / 蛋白配比的乳液基质,满足团队对 5 种不同配方打印材料的并行测试与工艺优化,大幅提升了实验效率,为最优配方的筛选提供了充足支撑;
  3. 全流程材料环境参数可控:设备可精准控制打印过程中的料筒恒温环境,全程 25℃ 的稳定打印条件,最大程度保留了 SCW 乳液的亚稳态簇结构与生物活性,避免了环境波动对乳液体系的影响,确保了实验组与对照组的单一变量控制,保障了实验数据的严谨性;
  4. 宽范围流变学适配性:设备可实现挤出压力与打印速度的精准联动,完美适配不同配比淀粉 - 蛋白基质的流变学特性,从高蛋白到高淀粉配方均能实现稳定打印,无断丝、无堵嘴、无变形,为系统研究配方对载体性能的影响提供了充足的设备冗余。

深化产学研协同,赋能科研技术创新

作为国内专注科研3D打印设备研发与产业化的标杆企业,深圳森工科技始终锚定高校与科研院所的前沿科研需求,深耕科研3D打印技术攻坚与产品落地。目前已广泛服务于国内数十所高校、科研院所、三甲医院,覆盖药物制剂、生物医疗、陶瓷材料、新能源、高分子新材料等前沿研究领域,凭借稳定的性能、精准的控制能力与高度适配科研需求的定制化能力,成为国产替代的主流选择

本次与深圳大学的深度产学研协同,不仅再次印证了森工科研3D打印设备在前沿学术研究中的硬核实力与场景适配性,更实现了科研装备研发与学术创新探索的同频共振。森工科技以成熟稳定的设备为基础,为高校科研团队解决了3D打印载体构建、工艺优化、性能验证等核心实验环节的设备痛点,为功能食品 3D 打印领域的技术创新、理论突破与成果转化搭建了坚实的产学研协同桥梁。

未来,森工科技将始终坚守科研3D打印设备的核心赛道,持续深耕前沿打印技术的研发与突破,不断优化设备性能、迭代适配科研场景的专属解决方案,持续深化与全国高校、科研院所的产学研合作,助力更多高水平科研成果的诞生、验证与产业化落地。


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